TD-SCDMA的智能天線(xiàn)技術(shù)

摘要:智能天線(xiàn)技術(shù)是TD-SCDMA(時(shí)分同步碼分多址)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。文中主要介紹了智能天線(xiàn)的提出、工作原理及分類(lèi)，并分析了智能天線(xiàn)在TD-SCDMA中的技術(shù)優(yōu)勢。

　　TD-SCDMA(Time DivisiON Synchronous CodeDivision Multiple Access )，即時(shí)分同步的碼分多址技術(shù)，已正式成為國際電信聯(lián)盟(ITU)第三代移動(dòng)通信標準IMT2000 建議的一個(gè)組成部分，我國具有自主知識產(chǎn)權的TD-SCDMA、歐洲WCDMA 和美國CDMA2000成為3G 時(shí)代最主流的技術(shù)。TD-SCDMA集碼分多址(CDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)等技術(shù)優(yōu)勢于一體，采用智能天線(xiàn)、聯(lián)合檢測、接力切換、同步CDMA、軟件無(wú)線(xiàn)電、低碼片速率、多時(shí)隙、可變擴頻系統、自適應功率調整等技術(shù)，具有系統容量大、頻譜利用率高、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)的移動(dòng)通信技術(shù)。

　　近年來(lái)隨著(zhù)全球移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，對信號傳輸強度、覆蓋范圍及傳輸容量要求也越來(lái)越高，如何更高效率地利用無(wú)線(xiàn)頻譜受到了廣泛的關(guān)注。智能天線(xiàn)技術(shù)研究了無(wú)限資源的空域可分特性，是進(jìn)一步提高系統容量的有效途徑。

　　1 智能天線(xiàn)的提出

　　智能天線(xiàn)是在自適應濾波和陣列信號處理技術(shù)的基礎上發(fā)展起來(lái)的，是通信系統中能通過(guò)調整接收或發(fā)射特性來(lái)增強天線(xiàn)性能的一種天線(xiàn)。智能天線(xiàn)采用空分多址技術(shù)，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時(shí)隙、同碼道的信號區分開(kāi)來(lái)，最大限度地利用有限的信道資源。它利用信號傳輸的空間特性，從空間位置及入射角度上區分所需信號與干擾信號，從而控制天線(xiàn)陣的方向圖，達到增強所需信號抑制干擾信號的目的;同時(shí)它還能根據所需信號和干擾信號位置及入射角度的變化，自動(dòng)調整天線(xiàn)陣的方向圖，實(shí)現智能跟蹤環(huán)境變化和用戶(hù)移動(dòng)的目的，達到最佳收發(fā)信號，實(shí)現動(dòng)態(tài)空間濾波的效果。與無(wú)方向性天線(xiàn)相比較，其上、下行鏈路的增益大大提高，降低了發(fā)射功率電平，提高了信噪比，有效地克服了信道傳輸衰落的影響。同時(shí)，由于天線(xiàn)波瓣直接指向用戶(hù)，減小了與本小區內其他用戶(hù)之間，以及與相鄰小區用戶(hù)之間的干擾，而且也減少了移動(dòng)通信信道的多徑。CDMA系統是一個(gè)功率受限系統，智能天線(xiàn)的應用達到了提高天線(xiàn)增益和減少系統干擾兩大目的，從而顯著(zhù)擴大了系統容量，提高了頻譜利用率。最早的智能天線(xiàn)是出現在20 世紀50 年代的旁瓣對消天線(xiàn)，這種天線(xiàn)包含一個(gè)用于接收有用信號的高增益天線(xiàn)和一個(gè)或幾個(gè)用于抑制旁瓣的低增益、寬波束天線(xiàn)。將幾個(gè)這樣的環(huán)路組合成陣列天線(xiàn)，就構成自適應天線(xiàn)。隨著(zhù)陣列信號處理技術(shù)的發(fā)展，與智能天線(xiàn)有關(guān)的術(shù)語(yǔ)也越來(lái)越多，如智能天線(xiàn)(intelligent antenna )、相控陣(phased arrays)、空分多址(SDMA)、空間處理(spatial processing)、數字波束形成(DIGItal beam forming)、自適應天線(xiàn)系統(adaptive antenna sySTem)等，反映了智能天線(xiàn)系統技術(shù)的多個(gè)不同的方面。

　　2 智能天線(xiàn)的原理

　　TD-SCDMA智能天線(xiàn)的工作原理是使一組天線(xiàn)和對應的收發(fā)信機按照一定的方式排列和激勵，利用波的干涉原理產(chǎn)生強方向性的輻射方向圖，通過(guò)自適應算法，控制天線(xiàn)波束的方向和形狀，將高增益的窄波束對準服務(wù)用戶(hù)方向，零陷對準干擾方向，實(shí)現波束賦形，達到定向發(fā)射和接收的目的。

　　自適應算法是智能天線(xiàn)的核心，它分為非盲目算法和盲目算法。非盲算法是指需要借助參考信號(導頻序列或導頻信道)的算法，此時(shí)收端知道發(fā)送的是什么，按一定準則確定或逐漸調整權值，使智能天線(xiàn)輸出與已知輸入最大相關(guān)，常用的相關(guān)準則有MMSE(最小均方誤差)、LMS(最小均方)、LS(最小二乘)等。盲算法無(wú)需發(fā)端傳送已知的導頻信號，它一般利用調制信號本身固有的、與具體承載的信息比特無(wú)關(guān)的一些特征，如恒模、子空間、有限符號集，循環(huán)平穩等，并調整權值以使輸出滿(mǎn)足這種特性。非盲算法相對盲算法而言，通常誤差較小，收斂速度也較快，但需浪費一定的系統資源。將二者結合產(chǎn)生一種半盲算法，即先用非盲算法確定初始權值，再用盲算法進(jìn)行跟蹤和調整，這樣做可綜合二者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也與實(shí)際的通信系統相一致。

　　3 智能天線(xiàn)的分類(lèi)

　　智能天線(xiàn)分為兩大類(lèi):多波束天線(xiàn)與自適應天線(xiàn)陣列。多波束天線(xiàn)利用多個(gè)并行波束覆蓋整個(gè)用戶(hù)區，每個(gè)波束的指向是固定的，波束寬度也隨天線(xiàn)元數目而確定。多波束天線(xiàn)不能實(shí)現信號最佳接收，一般只用作接收天線(xiàn)。自適應天線(xiàn)陣列一般采用4 ～16 天線(xiàn)陣元結構，陣元間距為半個(gè)波長(cháng)。天線(xiàn)陣元分布方式有直線(xiàn)型、圓環(huán)型和平面型。自適應天線(xiàn)陣列是智能天線(xiàn)的主要類(lèi)型，可以完成用戶(hù)信號接收和發(fā)送。